CN114126606A - 具有可变粘度的光固化组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分散包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,所述方法包括将所述生物膜暴露于环氧巴豆萜烯酮化合物或其盐。还描述了治疗感染的方法,所述方法包括将环氧巴豆萜烯酮化合物局部施用,例如通过表面施用或注射到已形成的包含革兰氏阴性菌的生物膜之中或之上以破坏该生物膜的结构,以及防止包含革兰氏阴性菌的生物膜形成或分散医疗装置上已形成的包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法。
Description
发明领域
本发明涉及分散包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,所述方法包括将所述生物膜暴露于环氧巴豆萜烯酮(epoxytiglienone)化合物或其盐。还描述了治疗感染的方法,所述方法包括将环氧巴豆萜烯酮化合物局部施用,例如表面施用或注射到已形成的包含革兰氏阴性菌的生物膜之中或之上以破坏该生物膜的结构,以及防止包含革兰氏阴性菌的生物膜形成或分散在医疗装置上已形成的包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法。
发明背景
革兰氏阴性菌与呼吸道、泌尿生殖道和胃肠道以及循环系统的一系列感染有关。它们也是慢性伤口、骨髓炎、手术部位、医疗装置和植入后感染持续存在的主要因素。革兰氏阴性菌的严重感染可导致相当数量的发病率和死亡率,特别是在免疫功能不全的患者中。最重要的临床革兰氏阴性病原体是铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)和肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的成员,尤其是大肠埃希氏菌(Escherichia coli)和肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)。其他医学上相关的革兰氏阴性菌的例子包括奈瑟氏菌属(Neisseria)的种(引起淋病和脑膜炎)、流感嗜血杆菌(Hemophilus influenzae)、嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)和沙门氏菌属(Salmonella)的种。
革兰氏阴性菌感染的治疗变得越来越困难,这是因为(a)在这些微生物中的许多微生物中对大多数或所有常规抗生素的多药耐药性(Ho等人2010;Doi等人2017)以及(b)它们形成被称为生物膜的顽固聚集群落的能力(Cepas等人2019)。对顽固性革兰氏阴性菌生物膜的管理尤其是一个复杂而具有挑战性的临床问题,其治疗选择有限。在许多临床情况下,目前的策略包括通过侵入性的物理方法(例如清创术)去除(在可行的情况下)生物膜并结合高剂量和通常延长的抗菌化疗作为标准治疗(Hoiby等人2015)。然而,用这些方法彻底根除生物膜通常是不成功的,导致复发和细菌耐药性水平的提高。这种慢性的恶性循环进一步侵蚀了抗生素的疗效,并促使“最后手段”抗生素的更广泛使用,其中许多抗生素具有明显的副作用。
迫切需要新的药物来治疗革兰氏阴性生物膜感染。而传统的细菌感染治疗方法是以抗生素为基础的,集中于直接靶向和抑制或杀死病原菌(使用最小抑制浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)概念),生物膜的复杂性意味着需要新的治疗策略。
生物膜是包埋在由多糖、蛋白质、脂质和核酸(RNA和细胞外DNA)形成的细胞外聚合物质(EPS)的保护性自生基质中的细菌群落。生活在生物膜中的驻留细菌与其浮游自由生活的细菌相比,对抗生素的耐受性明显更高(Hoiby等人2010)并且在很大程度上免受宿主免疫系统的影响。生物膜的这种抗性很大程度上可归因于EPS,它为抗生素和免疫细胞效应物的渗透提供了强大的物理屏障(Gunn等人2016)。生物膜的结构是EPS和细菌的致密聚合物“网”,这也意味着它们极强地抵抗从其牢固粘附的组织和材料表面的去除。
与目前严重依赖抗生素的护理标准不同,已经提出并研究了一系列治疗革兰氏阴性生物膜的“非抗生素”策略。这些策略包括干扰生物膜中的信号传导网络、靶向生物膜粘附和破坏生物膜的EPS基质(Koo等人,2017)。与常规抗生素不同,这些策略还具有减少耐药性发展的潜在优势,因为它们靶向细菌“毒力因子”而不是细菌生长,且因此具有低的选择压力。
在这些“非抗生素”策略中,破坏已形成的生物膜的EPS基质的完整性是特别有吸引力的。通过使EPS基质渗透性更高,分解细菌并干扰病原信号传导网络,该策略理论上使单个细菌更容易被免疫系统和/或增强抗生素的作用触及(Gunn等人2016;Fleming&Rumbaugh 2017)。使用这种方法,涉及酶(蛋白酶、DNA酶、糖苷水解酶)、肽、单克隆抗体和靶向基质的特定成分(例如胞外多糖和eDNA)的聚合物的一系列疗法正在研究中(Koo等人2017)。
环氧巴豆萜烯酮是具有一系列生物活性的小分子。它们是有效的抗肿瘤化合物,具有抗寄生虫特性,并刺激促进急性和慢性伤口愈合的免疫细胞应答和其他细胞应答。此前报道称,环氧巴豆萜烯酮对一系列革兰氏阳性菌具有直接的抗生素活性(WO2007/070985和WO2014/169356)。然而,在最近更具体地评估环氧巴豆萜烯酮化合物对三种革兰氏阴性病原体(大肠埃希氏菌(E.coli)、铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)和鲍曼不动杆菌(A.baumannii))的致病菌株的抗生素特性的研究中,没有发现抗生素作用,并且不可能在用于常规抗生素筛选的常规浮游培养系统中建立最小抑菌浓度(MIC)。
本发明至少部分地基于随后的意外发现,即尽管不存在任何直接的针对浮游革兰氏阴性菌的抗生素活性,但环氧巴豆萜烯酮对已形成的具有一系列革兰氏阴性菌的生物膜具有有效的“非抗生素”作用。
发明概述
在本发明的第一方面中,提供了一种分散包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,所述方法包括将生物膜暴露于式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、-OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基;或其盐。
本发明的另一方面,提供了一种治疗包括含有革兰氏阴性菌的生物膜的细菌感染的方法,所述方法包括将式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物或其药学上可接受的盐局部施用于所述细菌感染灶:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基。
本发明的另一个方面提供了一种防止包含革兰氏阴性菌的生物膜形成或分散医疗装置上的包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,所述方法包括将式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物或其药学上可接受的盐应用于所述医疗装置,式(I)的化合物是
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基。
详述
定义
除非另外定义,否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料可用于实践或测试本发明,但描述了优选的方法和材料。出于本发明的目的,将以下术语定义如下。
如本文所用的冠词“一个/种(a)”和“一个/种(an)”是指该冠词的一个/种或多于一个/种(即至少一个)语法对象。作为实例,“一个/种要素(an element)”表示一个/种要素或多于一个/种要素。
如本文所用,术语“约”是指相对于参考数量、水平、值、尺寸、大小或量变化至多25%、20%、15%或10%。
遍布本说明书,除非上下文中另有要求,否则词语“包括/含(comprise)”,“包括/含(comprises)”和“包括/含(comprising)”将被理解为暗示包括所述步骤或要素或者是步骤或元素的组,但不排除任何其他步骤或要素或者是步骤或元素的组。
术语“烷基”是指具有1-8个碳原子的任选取代的直链和支链烃基。适当时,烷基可具有指定数目的碳原子,例如,-C1-C6烷基包括具有1、2、3、4、5或6个碳原子以直链或支链排列的烷基。烷基的非限制性实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、2-甲基丙基、1-甲基丙基、2,2-二甲基乙基、戊基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,3-二甲基丙基和3,3-二甲基丙基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基和3-乙基丁基、庚基、1-乙基己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基、1-乙基戊基、2-乙基戊基、3-乙基戊基、1,1-二甲基戊基、1,2-二甲基戊基、1,3-二甲基戊基、1,4-二甲基戊基、1,5-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、2,4-二甲基戊基、1,1-二甲基戊基、2,2-二甲基戊基、辛基、1-甲基庚基、2-甲基庚基、3-甲基庚基、4-甲基庚基、5-甲基庚基、1-乙基己基、2-乙基己基、3-乙基己基、1,1-二甲基己基、1,2-二甲基己基、1,3-二甲基己基、1,4-二甲基己基、1,5-二甲基己基、2,3-二甲基己基、2,4-二甲基己基、1,1-二甲基己基、2,2-二甲基己基等。
术语“烯基”是指具有2-8个碳原子且具有至少一个双键的任选取代的不饱和直链或支烃。适当时,烯基可具有指定数目的碳原子,例如,C2-C6烯基包括具有2、3、4、5或6个碳原子以直链或支链排列的烯基。烯基的非限制性实例包括,乙烯基、丙烯基、1-甲基乙烯基、丁烯基、1-甲基丙-1-烯基、1-甲基丙-1-烯基、1-乙基乙烯基、戊烯基、1-甲基丁-1-烯基、2-甲基丁-1-烯基、2-甲基丁-2-烯基、1,2-二甲基丙-1-烯基、1,2-二甲基丙-2-烯基、己烯基、1-甲基戊-1-烯基、2-甲基戊-1-烯基、3-甲基戊-1-烯基、1-乙基丁-1-烯基、2-乙基丁-1-烯基、1-甲基戊-2-烯基、2-甲基戊-2-烯基、3-甲基戊-2-烯基、4-甲基戊-2-烯基,1-乙基丁-2-烯基、2-乙基丁-2-烯基、1,2-二甲基丁-2-烯基、1,3-二甲基丁-2-烯基、2,3-二甲基丁-2-烯基、1-甲基戊-3-烯基、2-甲基戊-3-烯基、3-甲基戊-3-烯基、4-甲基戊-3-烯基、1-乙基丁-3-烯基、2-乙基丁-3-烯基、3-乙基丁-3-烯基、1,2-二甲基丁-3-烯基、1,3-二甲基丁-3-烯基、1,1-二甲基丁-3-烯基、2,3-二甲基丁-3-烯基、2,2-二甲基丁-3-烯基、己-1,3-二烯、1-庚烯基、2-庚烯基、3-庚烯基、4-庚烯基、5-庚烯基、6-庚烯基、2,4-庚二烯基、2,6-庚二烯基、2,4,6-庚三烯基、1-甲基己-1-烯基、2-甲基己-1-烯基、3-甲基己-1-烯基、4-甲基己-1-烯基、5-甲基己-1-烯基、1-甲基己-2-烯基、2-甲基己-2-烯基、3-甲基己-2-烯基、4-甲基己-2-烯基、5-甲基己-2-烯基、1-甲基己-3-烯基、2-甲基己-3-烯基、3-甲基己-3-烯基、4-甲基己-3-烯基、5-甲基己-3-烯基、1-甲基己-4-烯基、2-甲基己-4-烯基、3-甲基己-4-烯基、4-甲基己-4-烯基、5-甲基己-4-烯基、1-甲基己-5-烯基、2-甲基己-5-烯基、3-甲基己-5-烯基、4-甲基己-5-烯基、5-甲基己-5-烯基、1-辛烯基、2-辛烯基、3-辛烯基、4-辛烯基、5-辛烯基、6-辛烯基、2,4-辛二烯基、2,6-辛二烯基、2,4,6-辛三烯基、1-甲基庚-1-烯基、2-甲基庚-1-烯基、3-甲基庚-1-烯基、4-甲基庚-1-烯基、5-甲基-1-烯基、1-甲基庚-2-烯基、2-甲基庚-2-烯基、3-甲基庚-2-烯基、4-甲基庚-2-烯基、5-甲基庚-2-烯基、1-甲基庚-3-烯基、2-甲基庚-3-烯基、3-甲基庚-3-烯基、4-甲基庚-3-烯基、5-甲基庚-3-烯基、1-甲基庚-4-烯基、2-甲基庚-4-烯基、3-甲基庚-4-烯基、4-甲基庚-4-烯基、5-甲基庚-4-烯基、1-甲基庚-5-烯基、2-甲基庚-5-烯基、3-甲基庚-5-烯基、4-甲基庚-5-烯基、5-甲基庚-5-烯基等。
术语“炔基”是指具有2-8个碳原子、具有至少一个叁键的任选取代的不饱和直链或支链烃。适当时,炔基可具有指定数目的碳原子,例如,C2-C6炔基包括具有2、3、4、5或6个碳原子以直链或支链排列的炔基。非限制性实例包括乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、1-甲基丙-2-炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、3-戊炔基、4-戊炔基、1-甲基丁-2-炔基、1,1-二甲基丙-2-炔基、3-甲基丁-1-炔基、1-己炔基、2-己炔基、3-己炔基、4-己炔基、5-己炔基、3-甲基戊-1-炔基、4-甲基戊-1-炔基、1-甲基戊-2-炔基、4-甲基戊-2-炔基、3,3-二甲基丁-1-炔基、1,1-二甲基丁-2-炔基、1,2-二甲基丁-3-炔基、1,1-二甲基丁-3-炔基、2,2-二甲基丁-3-炔基、1-庚炔基、2-庚炔基、3-庚炔基、4-庚炔基、5-庚炔基、6-庚炔基、3-甲基己-1-炔基、4-甲基己-1-炔基、1-甲基己-2-炔基、4-甲基己-2-炔基、3,3-二甲基戊-1-炔基、1,1-二甲基戊-2-炔基、1,2-二甲基戊-3-炔基、1,1-二甲基戊-3-炔基、2,2-二甲基戊-3-炔基、1-辛炔基、2-辛炔基、3-辛炔基、4-辛炔基、5-辛炔基、6-辛炔基、7-辛炔基、3-甲基庚-1-炔基、4-甲基庚-1-炔基、1-甲基庚-2-炔基、4-甲基庚-2-炔基、3,3-二甲基己-1-炔基、1,1-二甲基己-2-炔基、1,2-二甲基己-3-炔基、1,1-二甲基己-3-炔基、2,2-二甲基己-3-炔基等。
术语"环烷基"和“碳环”是指任选取代的饱和或不饱和单环烃基。适当时,环烷基可具有指定数目的碳原子,例如,C3-C6环烷基为具有3、4、5或6个碳原子的碳环基。非限制性实例可包括环丙基,环丁基,环戊基,环戊烯基,环己基,环己烯基,环己二烯基等。
"芳基"是指在每个环中具有至多7个原子的C6-C14元单环、双环或三环碳环环体系,其中至少一个环是芳族的。芳基的实例包括但不限于苯基,萘基,四氢萘基,茚满基和联苯基。
芳基可包含1-3个苯环。如果存在两个或更多个芳环,则这些环可以稠合在一起,使得相邻的环共享共同的键。
无论是单个实体还是作为更大实体的一部分,烷基、烯基、炔基、环烷基或芳基各自可任选地被一个或多个任选的取代基取代,所述取代基选自由以下组成的组:C1-6烷基、C2-6烯基、C3-6环烷基、氧代(=O)、-OH、-SH、C1-6烷基O-、C2-6烯基O-、C3-6环烷基O-、C1-6烷基S-、C2-6烯基S-、C3-6环烷基S-、CO2H、CO2C1-6烷基、NH2、NH(C1-6烷基)、N(C1-6烷基)2、NH(苯基)、N(苯基)2、-CN、NO2、-卤素、-CF3、-OCF3、-SCF3、-CHF2、-OCHF2、-SCHF2、-苯基、-C1-6烷基苯基、-O苯基、-C(O)苯基、-C(O)C1-6烷基。合适的取代基的例子,特别是对于R6和R7中的环烷基和芳基,包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、乙烯基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、甲硫基、乙硫基、丙硫基、异丙硫基、丁硫基、羟基、羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、氟、氯、溴、碘、氰基、硝基、-CO2H、-CO2CH3、-C(O)CH3、三氟甲基、三氟甲氧基、三氟甲硫基、二氟甲基、二氟甲氧基、二氟甲硫基、氨基、甲氨基、二甲氨基、苯基、苯氧基、苯基羰基、苄基和乙酰基。
环氧巴豆萜烯酮化合物可以是药学上可接受的盐的形式。然而,应当理解,非药学上可接受的盐也属于本发明的范围,因为它们可以用作制备药学上可接受的盐的中间体,或者可以在储存或运输期间有用,或者可以在非医药环境中使用。适合的药学上可接受的盐包括但不限于药学上可接受的无机酸例如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、碳酸、硼酸、氨基磺酸和氢溴酸的盐;或药学上可接受的有机酸例如乙酸、丙酸、丁酸、酒石酸、马来酸、羟基马来酸、富马酸、马来酸、柠檬酸、乳酸、粘酸、葡糖酸、苯甲酸、琥珀酸、草酸、苯乙酸、甲磺酸、甲苯磺酸、苯磺酸、水杨酸、磺胺酸、天冬氨酸、谷氨酸、依地酸、硬脂酸、棕榈酸、油酸、月桂酸、泛酸、单宁酸、抗坏血酸和戊酸的盐。
碱的盐包括但不限于与药学上可接受的阳离子例如钠,钾,锂,钙,镁,铵和烷基铵形成的那些盐。
碱性含氮的基团可用诸如低级烷基卤这样的剂进行季铵化,例如甲基,乙基,丙基和丁基氯化物、溴化物和碘化物;二烷基硫酸酯如二甲基硫酸酯和二乙基硫酸酯等。
还应认识到,环氧巴豆萜烯酮化合物可具有不对称中心,因此能够以多于一种立体异构形式存在。因此,本发明还涉及在一个或多个不对称中心处基本上纯的异构形式的化合物,例如,大于约90%ee,例如约95%ee或97%ee或大于99%ee,及其混合物,包括外消旋混合物。这类异构体可以通过从天然来源分离,通过不对称合成,例如使用手性中间体,或通过手性拆分来获得。本发明的化合物可以几何异构体存在。本发明还涉及基本上纯的顺式(Z)或反式(E)形式的化合物或其混合物。
本发明化合物可以通过从植物或植物部分中分离,或通过所分离的化合物的衍生化,或通过相关化合物的衍生化来获得。分离程序和衍生化程序可以在WO2007/070985和WO2014/169356中找到。
术语"6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物"是指具有如下碳环结构的化合物:
本发明的方法
本发明提供了一种分散包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,所述方法包括将生物膜暴露于式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、–C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、–OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基;或其盐。
包含革兰氏阴性菌的生物膜可以处于任何适合于处理的情况。生物膜可以在无生命表面上,或者可以在生物系统上或生物系统中。在一些实施方案中,生物膜在无生命表面上,例如工作台如医疗用品、实验室、食品制备或制造表面如手术床或地板、实验室工作台、厨房工作台或地板、用于药品、保健品、化妆品或个人护理产品的生产设备上。在一些实施例中,无生命表面可以是医疗装置,例如医疗器械、外科器械、导管、假体和植入物。在一些实施方案中,生物膜感染的对象例如伤口,诸如手术伤口或烧伤。在一些实施方案中,生物膜在使用医疗装置例如导管或植入物的部位感染受试者。
在一些实施例中,生物膜仅包含革兰氏阴性菌。在一些实施例中,生物膜仅包含革兰氏阴性菌的一个物种。在其他实施方案中,生物膜包含革兰氏阴性菌的多于一个物种。在一些实施例中,生物膜包含革兰氏阴性和革兰氏阳性菌的群体。
如本文所用,术语“分散”是指生物膜被降解,使得至少一部分细菌从胞外聚合物(EPS)基质中释放并呈现浮游状态。一旦处于浮游状态,细菌就可以接受免疫系统和/或抗生素的作用。
在一些实施方案中,包含革兰氏阴性菌的生物膜包含选自以下的一种或多种革兰氏阴性菌:假单胞菌属(Pseudomonas)的种、不动杆菌属(Acinetobacter)的种、气单胞菌属(Aeromonas)的种、拟杆菌属(Bacteroides)的种、博德特氏菌属(Bordetella)的种、疏螺旋体属(Borrelia)的种、伯克霍尔德属(Burkholderia)的种、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)的种、弯曲杆菌属(Compylobacter)的种、埃希氏菌属(Escherichia)的种、肠杆菌属(Enterobacter)的种、黄杆菌属(Flavobacterium)的种、梭菌属(Fusobacterium)的种、克雷伯菌属(Klebsiella)的种、钩端螺旋体菌属(Leptospira)的种、奈瑟氏菌属(Neisseria)的种、螺杆菌属(Helicobacter)的种、嗜血杆菌属(Hemophilus)的种、军团菌属(Legionella)的种、莫拉氏菌属(Moraxella)的种、耶尔森氏菌属(Yersinia)的种、寡源杆菌属(Oligella)的种、泛菌属(Pantoea)的种、卟啉单胞菌属(Porphyromonas)的种、普氏菌属(Prevotella)的种、变形杆菌属(Proteus)的种、劳特氏菌属(Raoutella)的种、沙门氏菌属(Salmonella)的种、沙雷氏菌属(Serratia)的种、志贺氏菌属(Shigella)的种、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的种、寡养单胞菌属(Stenotophomonas)的种、密螺旋体菌属(Treponema)的种、韦荣球菌属(Veillonella)的种和弧菌属(Vibrio)的种,尤其是假单胞菌属的种、不动杆菌属的种、埃希氏菌属的种、克雷伯菌属的种、奈瑟氏菌属的种、嗜血杆菌属的种、军团属的种、耶尔森氏菌属的种、变形杆菌属的种和沙门氏菌属的种,更特别是假单胞菌属的种、不动杆菌属的种、埃希氏菌属的种和克雷伯菌属的种。在一些实施例中,革兰氏阴性菌是特别好的生物膜形成细菌,并且选自铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)、大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、淋病奈瑟氏菌(Neisseriagonorrhoeae)、脑膜炎奈瑟氏菌(Neisseria meningitidis)、流感嗜血杆菌(Hemophilusinfluenzae)、嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersiniapestis)、小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterocolitica)、肠沙门氏菌(Salmonellaenterica)、邦戈尔沙门氏菌(Salmonella bongori)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、坏死梭菌(Fusobacterium necrophorum)、洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacian)和中间普氏菌(Prevotella intermedia),尤其是铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、大肠埃希氏菌、肺炎克雷伯菌、淋病奈瑟氏菌、脑膜炎奈瑟氏菌、流感嗜血杆菌、嗜肺军团菌、鼠疫耶尔森氏菌、小肠结肠炎耶尔森氏菌、肠沙门氏菌和邦戈尔沙门氏菌,更尤其是铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、大肠埃希氏菌和肺炎克雷伯菌。
本发明的另一方面描述了通过所述方法分散受试者上或受试者中存在的细菌感染中的生物膜。因此,本发明包括一种治疗包含含有革兰氏阴性菌的生物膜的细菌感染的方法,所述方法包括对所述细菌感染灶局部施用式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物或药学上可接受的盐:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH,-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6的烷基。
在一些实施例中,感染是急性感染。在其他实施例中,感染是慢性感染。在一些实施例中,感染是手术后感染或插入或使用医疗设备部位的感染,例如,导管(诸如静脉导管或导尿管)的插入部位或植入物(例如牙科植入物或耳蜗植入物)部位处的感染。
术语“局部施用”是指将式(I)的化合物直接施用于生物膜。在一些实施例中,局部施用是表面施用,例如通过使用洗剂、乳膏、软膏、泡沫、悬浮液、洗液或喷雾。在其他实施例中,局部施用可以在暴露受感染组织的手术期间实现,或通过由成像技术引导的注射递送,例如,由内窥镜超声或立体定向成像引导。在特定的实施例中,局部施用是针对位于身体外部可接近部位处的含有生物膜的感染,例如在皮肤上、在外部伤口上、在口或鼻中、在耳或耳道中、在肛门/直肠周围、阴道、尿道或家畜的乳道。
在一些实施例中,生物膜的扩散伴随着免疫系统的激活,使得免疫系统能够在不需要抗生素施用的情况下使感染消退,例如通过刺激基质细胞和真皮细胞类型中宿主防御肽和参与中性粒细胞/粒细胞募集的趋化因子/细胞因子的表达,以及通过诱导常驻和募集的先天免疫细胞的有效抗菌防御,包括释放活性氧物质,细胞外网(extracellular net)和广谱抗菌肽。
在其他实施例中,生物膜的分散伴随着抗生素的共同施用。在一些实施例中,式(I)的化合物或其盐与革兰氏阴性菌在浮游状态时易感的抗生素组合施用。因此,一旦生物膜被分散,浮游革兰氏阴性菌就就被暴露于抗生素的抗菌活性。
适用于革兰氏阴性菌的抗生素包括但不限于,第三代头孢菌素,如头孢他啶和头孢噻呋;第四代头孢菌素如头孢吡肟;氨基糖苷类如链霉素、新霉素、庆大霉素、阿米卡星、妥布霉素和普拉唑米星(plazomicin);单环β-内酰胺类,如氨曲南;β-内酰胺抑制剂组合,如哌拉西林/他唑巴坦、阿莫西林/克拉维酸、头孢吡肟/AAI101、氨曲南/阿维巴坦(avibactam)、头孢洛林/阿维巴坦、亚胺培南/瑞来巴坦(Relebactam)和美罗培南(meropenem)/RPX7009;β-内酰胺类,如青霉素、头孢菌素,S649266和BAL30072;碳青霉烯类,如亚胺培南、多利培南、厄他培南和美罗培南;多粘菌素E抗生素,如粘菌素;喹诺酮类/氟喹诺酮类,如环丙沙星、氟罗沙星、诺氟沙星、恩诺沙星、马波沙星、非那沙星、拉库沙星(lascufloxacin)、阿氟沙星、那氟沙星、德拉沙星、奈诺沙星和扎波沙星(zabofloxacin);磺胺类如磺胺甲基异恶唑、四环素/甘氨酰环素类如替加环素、伊拉瓦环素和奥玛环素;拓扑异构酶抑制剂,如ETX0914和GSK2140944;以及其他抗生素,如氯霉素和磷霉素。
术语“组合”是指式(I)的化合物和抗生素在生物膜中具有活性,使得生物膜被破坏并且浮游细菌被暴露于抗生素。在一些实施方案中,式(I)的化合物和抗生素的组合以单一组合物施用。在其他实施方案中,式(I)的化合物和抗生素在分开的组合物中同时或依次施用。
患有细菌感染并可被治疗的受试者是哺乳动物,鸟类,水生动物,例如鱼类或爬行动物。在一些实施方案中,受试者是人,实验动物如灵长类、小鼠、大鼠或兔,伴侣动物如狗或猫,劳作动物如马、驴等,家畜动物如牛、公牛、猪、绵羊、山羊、鹿、美洲驼、羊驼等,或俘获的野生动物例如动物园或野生动物园内的那些,包括狮子、豹子、猎豹、大象、斑马、羚羊、长颈鹿、考拉、袋鼠和爬行动物,如鳄鱼、蜥蜴、蛇等,鸟类,特别是俘获的鸟类,如虎皮鹦鹉或金丝雀、凤头鹦鹉、长尾小鹦鹉、金刚鹦鹉、鹦鹉等,或鱼类,尤其是俘获的鱼,如水产养殖的鱼(鲑鱼、鳟鱼、尖吻鲈等)或热带鱼(斑马鱼、孔雀鱼、暹罗斗鱼、小丑鱼、宝莲灯鱼(cardinal tetra)等)、海豚,鲸鱼等。在具体的实施方案中,受试者是人或伴侣动物。
“有效量”是指至少部分地获得期望的反应所需的量,如感染部位内的生物膜扩散。该量取决于待治疗个体的身体和健康情况,待治疗个体的分类学组、组合物的配制、医疗状况的评估以及其他相关因素而变化。预计6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物的量将落在可通过常规试验确定的相对宽的范围内。例如,与人类患者相关的有效量可以在每剂量约0.1ng/kg体重至1g/kg体重,每剂量0.1ng/cm2体表面积至1g/cm2体表面积的范围内。剂量优选在每剂量1μg至1g/kg体重或每剂量1μg至1g/cm2体表面积,例如每剂量1mg至1g/kg体重或每剂量1mg至1g/cm2体表面积的范围内。在一个实施例中,剂量范围为每剂量1ng至500mg/kg体重或每剂量0.1ng至500mg/cm2体表面积。在另一个实施例中,剂量范围为每剂量1mg至250mg/kg体重或每剂量1mg至250mg/cm2体表面积。在又一个实施例中,剂量范围为每剂量1mg至100mg/kg体重或每剂量1mg至100mg/cm2体表面积,如多达每剂量50mg/kg体重或每剂量50mg/cm2体表面积。在又一个实施例中,剂量范围为每剂量1μg至1mg/kg体重或每剂量1μg至1mg/cm2体表面积。
本发明的另一方面,通过上述方法分散的生物膜存在于或可能存在于医疗设备上。因此,本发明包括防止包含革兰氏阴性菌的生物膜在医疗装置上形成或分散医疗装置上形成的包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法;所述方法包括将式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物或其药学上可接受的盐施用于所述医疗装置;所述式(I)的化合物是
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基。
在一些实施方案中,医疗装置涂覆有包含式(I)的化合物或其盐的组合物,以防止包含革兰氏阴性菌的生物膜形成。在其他实施例中,使用包含式(I)化合物的组合物清洗或涂覆医疗装置,以分散包含革兰氏阴性菌的生物膜并将其从装置中移除。
如本文所使用的,术语“医疗装置”是指用于人体或动物体以获得治疗益处,并对身体具有物理或机械作用,或用于测量或监测身体功能的装置。合适的医疗装置包括留置医疗装置如导尿管、血管通路装置、气管内套管、气管造口术、肠道喂养管和伤口引流管;侵入性医疗装置,如中心导管(central line)、机械心脏瓣膜、起搏器、假关节或替换关节、固定骨折的骨的钉、杆、螺丝和板、导管如导尿管、静脉导管、Swan-Ganz导管、Quinton导管、子宫内导管、引流导管和猪尾导管;假体如假肢、假牙(包括义齿(denture))、闭孔器和牙科植入物;植入物,如耳蜗植入物、冠状动脉支架、避孕植入物、美容植入物和牙科植入物。本文中使用的医疗装置还包括医疗设备,例如注射器、窥镜、血压监测器、扫描仪、超声波探头等;以及手术器械如手术刀、镊子、夹子、牵开器、柳叶刀、内窥镜和卡钳等外科器械。
在一些实施例中,洗涤液或涂层包含防腐剂、消毒剂或抗生素。
本发明还涉及式(I)的化合物或其药学上可接受的盐在用于制造用于治疗包含含有革兰氏阴性菌的生物膜的细菌感染的药物中的用途:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、-OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基;其中所述药物适于局部施用于所述细菌感染灶。
在另一方面,本发明提供了式(I)的化合物或其药学上可接受的盐,用于治疗包含生物膜的细菌感染,所述生物膜包含革兰氏阴性菌,其中式(I)化合物为:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基;并且所述化合物用于局部施用于细菌感染灶。
6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物
在本发明方法中有用的化合物为式(I)的化合物:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基;及其盐,尤其是药学上可接受的盐。
在式(I)的具体实施方案中,以下一项或多项适用:
R1选自C1-6烷基,尤其是-CH3;
R2选自-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;尤其是-OC(O)C3-6烷基和-OC(O)C3-6烯基;
R3选自-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;尤其是-OC(O)C3-6烷基、-OC(O)C3-6烯基和-OC(O)C3-6炔基;
R4和R5独立地选自-C1-3烷基,尤其是两者均为甲基;
R6选自氢、C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、–C(O)C2-6炔基和–C(O)芳基;尤其为氢、-C(O)CH3、C(O)CH2CH3、-C(O)CH(CH3)2和-C(O)CH2CH2CH3;
R7选自羟基,-OC(O)C1-6烷基、-OC(O)C2-6烯基和–OC(O)C2-6炔基;尤其是羟基;
R8是C1-3烷基、尤其是甲基。
在一些实施例中,式(I)化合物具有如下式(II)所示的立体化学:
在一些实施方案中,6,7-位的环氧化物高于环系统的平面。在其他实施方案中,6,7-位的环氧化物低于环系统的平面。在一些实施方案中,12位的R2基团是S型,而在其他实施方案中,12位的R2基团是R型。
在式(I)的一些实施方案中,R2和/或R3的烷基或烯基为支链烷基或烯基。在式(I)的其他实施方案中,R2和/或R3的烷基或烯基是直链烷基或烯基。
在一些实施方案中,R2和/或R3的烷基或烯基具有中等疏水性的链长,如C4、C5和C6。
在一些实施方案中,R6为酰基,如乙酰基(-C(O)CH3)、-C(O)CH2CH3、-C(O)CH(CH3)2或-C(O)CH2CH2CH3。在一些实施方案中,R6为氢。
在特定的实施方案中,环氧巴豆萜烯酮化合物选自:
12-巴豆萜酰基(tigloyl)-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯(tiglien)-3-酮(化合物1);
12,13-二-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物2);
12-己酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物3);
12,13-二己酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物4);
12-巴豆萜酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13-五羟基-20-乙酰氧基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物5);
12-丙酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物6);
12,13-二巴豆萜酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物7);
12-(2-甲基丁酰基)-13-巴豆萜酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物8);
12-丁酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物9);
12-(3,3-二甲基丁-2-烯酰基)-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物10);
12-己-2,4-二烯酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物11);
12-巴豆萜酰基-13-(2-甲基丙酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物12);
12-丁-2-烯酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物13);
12-巴豆萜酰基-13-丁酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物14);
12,13-二丁酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物15);
12,13-二戊酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物16);
12,13-二-(2E,4E)-己-2,4-二烯酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物17);
12,13-二-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物18);
12-(2-甲基丙-2-烯酰基)-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物19);
12,13-二庚酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物20);
12,13-二-(3-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物21);
或其盐,尤其是其医药上可接受的盐。
在特定实施例中,6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物选自化合物1、2、3、4和6。
环氧巴豆萜烯酮化合物可以通过提取获得或可以从提取的化合物半合成获得。WO2007/070985和WO2014/169356中提供了获得环氧巴豆萜烯酮化合物的方法,其内容通过引用并入本文。
组合物
尽管6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物或其药学上可接受的盐可以以纯的形式施用,但是将其以组合物的形式与载体、稀释剂和/或赋形剂一起使用可能更方便。在一些实施例中,该组合物可以是用于浸泡医疗设备的溶液。在其他实施例中,该组合物可以是用于涂覆医疗设备的涂层组合物。在又一其他实施例中,所述组合物可为适于向患者施用的药物组合物。
用于药物用途和组合物的剂型和比率是本领域技术人员容易确定的。
6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物被配制用于直接局部施用于生物膜上或生物膜中。在一些实施方案中,6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物被配制成以可直接施用于生物膜上的凝胶、软膏、洗剂、乳膏或透皮贴剂的形式表面施用。在其它实施方案中,环氧巴豆萜烯酮化合物被配制用于注射,例如,其中组合物被注射到内部以局部接触生物膜。
适合地,在一些实施方案中,组合物是一种或多种药物组合物,并且包含药学上可接受的赋形剂或可接受的赋形剂。“药学上可接受的赋形剂”是指可安全使用的固体或液体填充剂、稀释剂或包封物质。根据具体的施用途径的不同,可以使用本领域熟知的各种载体。这些载体或赋形剂可选自包括糖,淀粉,纤维素及其衍生物,环糊精,麦芽,明胶或其他胶凝剂,聚合物,滑石,硫酸钙,植物油,合成油,醇和/或多元醇,藻酸,磷酸盐缓冲溶液,乳化剂,等渗盐水和无热原水的组。
液体形式制剂包括溶液,悬浮液和乳液,例如水或水-丙二醇溶液。例如,可以在有或无缓冲液的情况下将可注射液制剂配制成在含水1,2-丙二醇、二甲亚砜(DMSO)中的溶液,γ-环糊精或2-羟丙基-β-环糊精的水溶液、盐水溶液或聚乙二醇溶液。优选的pH范围是3.0-4.5。适合的缓冲液在pH 3.5-4.5对制剂缓冲,并且包括但不限于乙酸盐缓冲液和柠檬酸盐缓冲液。
6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物的组合物可为施用(例如通过注射,例如在生物膜感染部位的推注)而被配制,并且可以以单位剂量形式存在于安瓿、预填充注射器、小容量输注或添加有防腐剂的多剂量容器中。所述组合物可以在诸如油性或水性媒介物中采取悬浮液、溶液、凝胶或乳液的形式,并且可以含有配制剂,例如助悬剂、稳定剂和/或分散剂。或者,活性成分可以是通过无菌分离无菌固体或通过从溶液中冷冻干燥而获得的粉末形式,用于在使用前用适合的媒介物(例如无菌、无热原的水)重构。
适于施用的6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物的药物组合物可以存在于离散的单元,例如注射器,小瓶,管或小袋中,其每一个均含有预定量的一种或多种药学上有活性的6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物,该组合物作为粉末或颗粒或作为溶液或水性液体、环糊精溶液、非水性液体中的悬浮液、水包油型乳液或油包水型乳液、乳膏或凝胶中的溶液或悬浮液或作为掺入了6,7-环氧巴豆萜烯酮化合物的微粒或纳米颗粒的悬浮液,包括但不限于二氧化硅或聚丙交酯微粒或纳米颗粒。这样的组合物可通过任何药学方法制备,但所有方法都包括使一种或多种本发明的药物活性化合物与重构一种或多种必需成分的载体相结合的步骤。通常,组合物通过将本发明的剂与液体载体或细碎的固体载体或两者均匀且紧密地混合,且然后,如有必要,使产物成形为期望的形式来制备。
对于表皮或其他器官的表面施用,可以将根据本发明的化合物配制成凝胶,软膏,乳液,糊剂,霜剂或洗剂,或配制成透皮贴剂。可以使用合适的增稠剂并将它们加入到化合物的水/醇组合物中制备凝胶。适合的增稠剂或胶凝剂是本领域已知的,例如聚乙烯基羧基聚合物卡波姆940。软膏和乳膏可以例如用水性或油性基配制,同时加入适合的增稠剂和/或胶凝剂。洗剂可以用水性或油性基质配制,并且通常还含有一种或多种乳化剂,稳定剂,分散剂,悬浮剂,增稠剂或着色剂。
适于表面施用的制剂还包括溶液或悬浮液,其可以以浴液或浸泡液或喷雾剂的形式表面施用、或者可以被吸收到敷料中。
适用于浸泡或洗涤医疗装置的液体制剂还可包括在溶剂如水和醇或其混合物中的溶液或悬浮液。溶液或悬浮液还可以含有其它组分,例如乳化剂、表面活性剂、防腐剂、消毒剂、抗生素、着色剂等。
涂层是本领域已知的合适的聚合物涂层,其可以掺入式(I)的化合物,使得其在涂层的表面处是可触及的并且足以防止包含革兰氏阴性菌的生物膜形成。合适的涂层包括羟基磷灰石、磷酸钙、生物膦酸盐、生物活性陶瓷、聚羟基链烷酸酯、介孔材料、水凝胶和药物洗脱涂层,例如聚合物涂层、磷酸钙、壳聚糖、胶原蛋白和骨移植物/松质骨。
附图简述
图1提供了共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)图像,其显示了与比较化合物CC-1、未处理对照和等量乙醇(ethanol equivalent)(空)对照相比,用化合物1、4和6处理后大肠埃希氏菌IR57的生物膜破坏。每个图像组中的上图是俯视图,小的下图像是横截面视图。
图2提供了A:与比较化合物CC-1、未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,使用化合物1、4和6处理大肠埃希氏菌IR57生物膜后,通过COMSTAT图像分析量化和确认的生物膜生物质体积或生物容积(μm3/μm2)。在用这些化合物处理的生物膜中,生物容积明显减少,用化合物1处理时是显著的(p<0.05)。B:任何化合物和对照处理之间的死菌/活菌比率没有显著差异,表明在这些实验中对大肠埃希氏菌IR57生物膜密度和生物容积的破坏与直接的抗生素活性无关。
图3提供了在大肠埃希氏菌IR57生物膜结构内200nm 随时间(以秒为单位)的均方位移(MSD)图。与未处理对照和等量乙醇(空)对照组相比,使用化合物1、4和6处理后,粒子的均方位移实质上更高,证明了大肠埃希氏菌IR57生物膜结构的破坏和改变。
图4提供了与未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,用化合物1、4和6处理大肠埃希氏菌IR57生物膜后生物膜蠕变柔量增加(表明生物膜介质对机械变形的抵抗力降低,从图3中获得的MSD应力与延迟时间关系可见)的图。
图5提供了A:与未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,将化合物1、4、6和比较化合物CC-1应用于鲍曼不动杆菌7789的生物膜时的CLSM图像。每个图像中的上图是俯视图,小的下图是横截面视图。B:与未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,将化合物1、4、6和比较化合物CC-1应用于铜绿假单胞菌PAO1的生物膜时的CLSM图像。每个图像组中的上图是俯视图,小的下图是横截面视图。
图6提供了A:与未处理对照和等量乙醇(空)对照组相比,使用化合物1、4和6与比较化合物CC-1处理鲍曼不动杆菌7789生物膜后,通过COMSTAT图像分析量化和确认的生物膜生物质体积或生物容积(μm3/μm2)。经化合物1、4和比较化合物CC-1处理的生物膜中,生物容积明显降低(p<0.05)。B:与未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,使用化合物1、4和6与对照化合物CC-1处理铜绿假单胞菌PAO1生物膜后,通过COMSTAT图像分析量化和确认的生物膜生物质体积或生物容积(μm3/μm2)。与其他处理相比,只有化合物4对生物膜生物容积有显著影响(P<0.05)。C&D:与未处理对照和等量乙醇(空)对照组相比,使用化合物1、4和6与比较化合物CC-1处理鲍曼不动杆菌7789和铜绿假单胞菌PAO1生物膜后,通过COMSTAT图像分析量化和确认的死菌/活菌比率没有显著差异。
图7提供了与未处理对照和70%异丙醇的阳性对照相比,将化合物1、4 6应用于大肠埃希氏菌IR57、铜绿假单胞菌PAO1和金黄色葡萄球菌(1004A;MRSA)的浮游细胞时的细胞膜透化数据。革兰氏阴性菌株(大肠埃希氏菌IR57和铜绿假单胞菌PAO1)仅在用浓度≥512μg/mL的化合物1和4处理时显示出细胞通透性显着增加,这与革兰氏阳性菌株(MRSA 1004A)不同,后者在浓度低至32μg/mL时表现出明显的细胞透化。
图8提供了代表性图像,其显示了用六种浓度的化合物4处理的中性粒细胞在两个时间,即3小时和6小时时NETosis和坏死的诱导。在两个最高浓度(50和500μM)处理后3小时和四个较低浓度处理后6小时首次观察到NETosis/坏死。在500μM时,细胞中的染色质凝聚,表明发生了坏死。在50μM处,染色质更加扩散,表明发生了NETosis。
图9提供了在应用化合物4的四个治疗相关浓度后3小时时从中性粒细胞体外释放的人防御肽LL-37的平均值和标准差的图。LL-37从中性粒细胞的释放以浓度依赖性的方式增加。
实施例
本发明的化合物可以通过从植物或植物部分中分离,或通过所分离的化合物的衍生化,或通过相关化合物的衍生化来获得。分离程序和衍生化程序可在WO 2007/070985和WO2014/169356中找到。
实施例1:在浮游培养系统中,环氧巴豆萜烷(epoxy-tigilane)对革兰氏阴性菌没有直接的抗生素活性。
在常规的浮游培养系统中,测定了五种环氧巴豆萜烯酮(化合物1、2、3、4和6)和两种比较化合物(在C12位置具有较长碳链的环氧巴豆萜烯酮)对六种人类致病菌(两种革兰氏阳性物种和四种革兰氏阴性物种)的影响。进行最小抑制浓度(MIC)测定(定义和量化抗生素活性的标准试验),以确定每种环氧巴豆萜烯酮对每种细菌菌株的抗菌活性。
本研究中使用的革兰氏阳性菌是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)1004A和化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)。本研究中使用的革兰氏阴性菌为铜绿假单胞菌PAO1、大肠埃希氏菌IR57(V7)、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌7789(V19)。使用Jorgensen等人(1999)描述的标准肉汤稀释法,使用溶解在乙醇中的环氧巴豆萜烯酮,对生长在Mueller-Hinton肉汤中的每种细菌的浮游培养物进行MIC测定。结果见下表1。
表1.对化合物1、2、3、4和6以及比较化合物CC-1和CC-2对抗两种革兰氏阳性菌和四种革兰氏阴性菌确定的最小抑制浓度(μg/mL)。C=融合生长,即在任何测试浓度下均无法确定MIC。提供的数据代表三次重复试验的平均值。
*比较化合物是在C12位置具有较长碳链的环氧巴豆萜烯酮。CC-1是12-(2,4-癸二烯酰基)-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮,CC-2是12R-(2,4-癸二烯酰基)-13R-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4R,5R,9S,12R,13R,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮。
结果表明,在浮游培养物中,环氧巴豆萜烯酮的直接抗微生物特性仅限于革兰氏阳性菌。对于任何受试的革兰氏阴性菌,未确定任何化合物的MIC值,所有测试的革兰氏阴性菌均未受影响(细菌在超过512μg/mL的测试化合物浓度融合生长)。
实施例2:环氧巴豆萜烯酮破坏已形成的革兰氏阴性大肠埃希氏菌生物膜
使用Powell等人(2018)描述的方法研究了施用化合物1、4和6以及比较化合物CC-1对已形成的大肠埃希氏菌体外生物膜的影响。
在添加环氧巴豆萜烯酮化合物(媒介物为乙醇)至最终浓度为256μg/mL或不添加环氧巴豆萜烯酮化合物的情况下,使大肠埃希氏菌IR57生物膜在96孔玻璃底板上在Mueller Hinton(MH)肉汤中生长24小时,然后用新鲜MH肉汤替换50%的上清液。使用空的等量乙醇作为进一步的对照处理。然后在37℃下将培养板再培养24小时。
在使用Baclight染料染色后并在z-stack共焦激光扫描显微镜(CLSM)成像前将磷酸盐缓冲盐水(PBS)添加到每个孔,然后使用CLSM对生物膜成像。通过COMSTAT软件分析所得图像以产生(i)生物膜生物质体积或生物容积(μm3/μm2)和(ii)死菌/活菌比率的测量值。
CLSM表明,不同处理之间在生物膜中细菌分布方面的显著差异。与未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,化合物1、4和6引起了生物膜中细菌分布和密度的显著变化(图1);这是通过COMSTAT图像分析量化和确认的。在用化合物1处理的生物膜中,生物容积的显著减少(p<0.05;图2A)是明显的。比较化合物CC-1对生物膜分布、密度或生物容积无明显影响。有趣的是,任何环氧巴豆萜烯酮和两种对照处理之间在死菌/活菌比率方面没有显著差异(图2B),表明在这些实验中环氧巴豆萜烯酮对生物膜密度和生物容积的影响与直接的抗生素活性无关。
实施例3:环氧巴豆萜烯酮破坏细胞外基质并且增加粒子通过已形成的革兰氏阴性大肠埃希氏菌生物膜的扩散
使用多粒子追踪(MPT)评估了三种环氧巴豆萜烯酮(化合物1、4和6)对已形成的大肠埃希氏菌生物膜的组装和渗透性的影响。MPT是最近描述的一种技术,允许使用显微镜同时跟踪微米大小的粒子通过生物膜,从中可以确定包埋在生物膜的细胞外聚合物基质(EPS)中的粒子的扩散参数(Cao等人,2016)。MPT测量还允许计算用测试化合物处理后生物膜结构的微流变特性。
建立大肠埃希氏菌生物膜,并如以上实施例2中所述应用环氧巴豆萜烯酮和对照处理。应用处理24小时后,用对生物膜染色,并将0.0025%带负电荷的羧化修饰的(200nm)添加到生物膜上并再孵育2小时。然后,使用带有高帧速率摄像机(33ms)的落射荧光显微镜在视频中捕捉生物膜内的粒子运动。使用ImageJ软件(Mosaic)跟踪粒子轨迹,然后计算200nm粒子的三个参数:(i)整体扩散系数(Deff),(ii)整体均方位移(MSD)和(iii)蠕变柔量(对机械变形的抵抗力的测量,来源于MSDMSD与v延迟时间的关系)。每个处理重复三次。
与对照处理相比,测试的所有三种环氧巴豆萜烯酮化合物使通过已形成的大肠埃希氏菌生物膜的粒子扩散增加80至420倍(表2)。
环氧巴豆萜烯酮对大肠埃希氏菌生物膜基质结构的显著破坏和改变通过处理后显著更高的粒子的均方位移值(图3)证明,并且与对照相比,环氧巴豆萜烯酮处理的生物膜的蠕变柔量增加,表明经处理的生物膜对机械变形的抵抗力的降低是明显的(图4)。
实施例4:环氧巴豆萜烯酮显著降低了两种其他革兰氏阴性病原体,铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌的已形成的生物膜的生物质
使用上述实施例2中所述的方法,使用革兰氏阴性菌的另外两个物种(铜绿假单胞菌PA01和鲍曼不动杆菌7789)进一步研究环氧巴豆萜烯酮(化合物1、4、6和比较化合物CC-1)破坏已形成的体外生物膜的作用。还使用SYTOXTM绿色核酸染料确定了化合物1、4和6处理后的细胞通透性,伴随未处理对照和70%异丙醇阳性对照。
与大肠埃希氏菌研究的结果一致,与未处理对照和等量乙醇(空)对照相比,环氧巴豆萜烯酮化合物显著改变了鲍曼不动杆菌生物膜中细菌的分布和密度(图5A)。这也反映在其对鲍曼不动杆菌生物膜的作用中,如通过生物容积测量的(图6A),其中对于化合物1、4和CC-1观察到显著减少。对于铜绿假单胞菌而言,只有化合物4与其他处理相比对生物膜分布(图5B)和生物容积(图6B)有显著影响。还评估了死菌/活菌比率,并且如使用大肠埃希氏菌的实施例2一样,鲍曼不动杆菌或铜绿假单胞菌的处理之间没有差异(图6C&6D)。对大肠埃希氏菌和铜绿假单胞菌的细胞通透性研究(图7)显示,仅当用浓度≥512g/mL(高于生物膜破坏测定中使用的化合物浓度(256μg/mL))的化合物1和4处理时,通透性显著增加。这进一步证实,在这些实验中,环氧巴豆萜烯酮对生物膜密度和生物容积的作用与任何直接杀死生物膜内细菌的抗生素活性无关。
实施例5:环氧巴豆萜烯酮体内分散在慢性生物膜感染的小鼠模型中已形成的生物膜
在慢性生物膜感染的糖尿病小鼠模型中研究了施用化合物4对体内生物膜感染的影响(Zhao等人,2010)。在这项研究中,我们使用了Dhall等人(2014)描述的方法,其中细菌生物膜感染在伤口创建后自发发展。
简言之,在每只小鼠背部通过6mm的切除穿孔活检创建伤口之前,将db/db糖尿病小鼠(>6个月)在非无菌条件下饲养4-5周。然后在用Tegaderm敷料之前,对小鼠腹膜内施用过氧化氢酶抑制剂(1g/kg氨基三唑)并在伤口部位边缘表面施用谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)抑制剂(1g/kg巯基琥珀酸)。24小时后,所有小鼠伤口处均可见生物膜。将小鼠分为两组(每组7只),并用化合物4(0.3mg/mL于水凝胶媒介物中)或对照治疗(仅水凝胶媒介物)进行处理。然后更换Tegaderm敷料。在第8天和第15天,再两次施用化合物4或对照(仅限赋形剂)。研究期间未采用抗生素或其他抗菌处理。
在研究过程中评估生物膜的存在和伤口的表面积。在伤口形成后第21天至28天期间,从化合物4处理和仅赋形剂(对照)处理的小鼠中获取活组织检查物,用于伤口部位的组织学和组织化学分析。对照组的7个伤口中只有1个在此期间愈合,伤口处明显存在纤维蛋白脱落和细菌浸润。在环氧巴豆萜烯酮处理的感染伤口中,用化合物4治疗的7只小鼠中6只的完全伤口愈合(完全的再上皮化、炎症消退、真皮内无细菌存在)是明显的。
实施例6:环氧巴豆萜烯酮体外处理成人角质形成细胞和成纤维细胞引起参与中性粒细胞募集的趋化因子/细胞因子的上调
除了破坏包含革兰氏阴性菌的生物膜的结构外,还在成人表皮角质形成细胞(HEKa)和成纤维细胞(HDF)的体外微阵列研究中研究了环氧巴豆萜烯酮对参与宿主对细菌感染的应答的基因调控的影响。
对于这些研究,HEKa在补充有S7补充剂的培养基中培养(均来自LifeTechnologies,Carlsbad,CA,USA),而HDF在补充有LSGS(低血清生长补充剂)(均来自LifeTechnologies)的106培养基中培养。然后用媒介物或170nM化合物4处理细胞0、0.5、1、2、4、8、24、48和72小时。使用Qiagen RNeasy小型试剂盒提取RNA,并使用Illumina TotalPrepRNA扩增试剂盒(Ambion,Austin,TX,USA)进行生物素化。使标记的RNA与HumanHT-12v4BeadChip阵列(Illumina Inc,San Diego,CA,USA)杂交,并根据标准Illumina操作方案进行扫描。数据在GenomeStudio(Illumina)中使用默认分析设置和无归一化方法提取。结果数据导入GeneSpring GX(Agilent,Santa Clara,CA,USA)。使用分位数归一化和默认设置对表达值进行归一化。
在体外HDF和HEKa中,用化合物4(170nM)处理均在2至4小时内诱导参与PMNL募集的两种关键趋化因子/细胞因子(IL8,CXCL1)的显著上调。在HEKa中,化合物4可在治疗后8至72小时内显著上调宿主防御肽(DEFB2,DEFB3,DEFB4,RNASE7)的产生。
实施例7:环氧巴豆萜烯酮处理在分离的人中性粒细胞中体外诱导NETosis/坏死和抗微生物肽,抗菌肽(cathelicidin)LL-37的释放
中性粒细胞是血液中最丰富的白细胞并构成针对感染性病原体的第一道宿主防御。它们的核心功能是其被募集到感染部位,识别微生物,然后被激活通过吞噬和细胞毒性机制的组合杀死病原体的能力。嗜中性粒细胞用于杀死病原体的机制包括:(i)产生活性氧物质,(ii)排出其核染色质内容物(包覆有组蛋白、蛋白酶、颗粒和胞质蛋白)以固定和捕获病原体(NETosis的过程),以及(iii)释放抗微生物肽。
在确定了环氧巴豆萜烯酮化合物在HDF和HEKa中上调参与中性粒细胞募集的趋化因子和细胞因子(参见上述实施例6)的作用后,检查了化合物4对中性粒细胞的两个方面的功能,即诱导NETosis/坏死和抗微生物肽的释放。
对于这些测定,通过裂解经Ficoll-Paque沉淀获得的红细胞沉淀物,从健康人供体的新鲜血液中分离出中性粒细胞。将中性粒细胞(~4x 106个细胞/mL)与10μg/mL二氢乙啶(DHE)(Sigma-Aldrich)在37℃的完整培养基中孵育15分钟,同时加入一份待测试的未染色细胞作为未染色对照。
NETosis/坏死测定遵循Brinkmann等人2010描述的方法。将分离的中性粒细胞接种到96孔板(RPMI1640,10%FCS)中,并与1:50,000稀释的Hoescht(10mg/mL)和Green(5mM)一起孵育。化合物4以六种浓度(0.005μM、0.05μM、0.5μM、5μM、50μM、500μM)添加,在37℃、5%CO2孵育细胞。所有试验均包括媒介物处理的对照,每个测定重复三次。在3小时和6小时记录每个孔的绿色荧光图像。
在化合物4的两个最高浓度(50μM和500μM)处理3小时后开始观察到中性粒细胞的NETosis和坏死,在4个较低浓度中(0.005μM–5μM;图8)NETosis和坏死在6小时时明显。
为了检测中性粒细胞响应于化合物4处理的抗微生物肽释放,将分离的中性粒细胞与媒介物或四个浓度的化合物4(62.5、125、250和500μM)下培养。在3h时,去除细胞培养上清液,并使用LL-37定向ELISA试剂盒(Hycult Biotech)检测LL-37含量。将ELISA读数针对仅媒介物的对照归一化,以确定LL-37释放的增加倍数。
用化合物4处理3小时时,中性粒细胞释放的LL-37以浓度依赖性方式增加(图9)。当化合物4的浓度在125μM至500μM之间时,LL-37的释放是对照处理的3至5倍高(图9)。
来自该实例的数据显示,在体外治疗相关浓度下,化合物4诱导中性粒细胞NETosis转变至坏死,导致强力抗微生物防御肽LL-37的释放。
来自上述实施例6和7的数据还表明,环氧巴豆萜烯酮除了在破坏革兰氏阴性生物膜结构方面具有直接作用外,还可以在迁移/驻留骨髓细胞(例如中性粒细胞)以及真皮和基质细胞类型中诱导局部先天免疫反应。这些反应表明,单独环氧巴豆萜烯酮的作用可能足以解决许多生物膜感染,而无需常规抗生素。
参考文献
应当理解,在澳大利亚或任何其他国家,如果本文涉及的任何现有技术出版,该参考文献并不构成对该出版物形成本领域公知常识的一部分的承认。
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Claims (25)
1.一种分散包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,包括将生物膜暴露于式(I)的环氧巴豆烯酮化合物:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、-OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢或C1-6烷基;或其盐。
2.根据权利要求1所述的方法,其中R1是C1-3烷基。
3.根据权利要求1或2任一项所述的方法,其中R2选自-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基。
4.根据权利3所述的方法,其中R2选自-OC(O)C3-6烷基和-OC(O)C3-6烯基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中R3选自-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基。
6.根据权利要求5所述的方法,其中R3选自-OC(O)C3-6烷基、-OC(O)C3-6烯基和-OC(O)C3-6炔基。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其中R4和R5各自均为甲基。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法,其中R6选自氢、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基和-C(O)芳基。
9.根据权利要求8所述的方法,其中R6选自氢、-C(O)CH3、C(O)CH2CH3、-C(O)CH(CH3)2或-C(O)CH2CH2CH3。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法,其中R7选自羟基、-OC(O)C1-6烷基、-OC(O)C2-6烯基或-OC(O)C2-6炔基。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法,其中R8为C1-3烷基。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法,其中R2和/或R3的烷基或烯基是支链烷基或烯基。
13.根据权利要求1-11任一项所述的方法,其中R2和/或R3的烷基或烯基是直链烷基或烯基。
14.根据权利要求1所述的方法,其中式(I)的化合物选自:
12-巴豆萜酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物1);
12,13-二-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物2);
12-己酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物3);
12,13-二己酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物4);
12-巴豆萜酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13-五羟基-20-乙酰氧基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物5);
12-丙酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物6);
12,13-二巴豆萜酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物7);
12-(2-甲基丁酰基)-13-巴豆萜酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物8);
12-丁酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物9);
12-(3,3-二甲基丁-2-烯酰基)-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物10);
12-己-2,4-二烯酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物11);
12-巴豆萜酰基-13-(2-甲基丙酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物12);
12-丁-2-烯酰基-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物13);
12-巴豆萜酰基-13-丁酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物14);
12,13-二丁酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物15);
12,13-二戊酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物16);
12,13-二-(2E,4E)-己-2,4-二烯酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物17);
12,13-二-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物18);
12-(2-甲基丙-2-烯酰基)-13-(2-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物19);
12,13-二-庚酰基-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物20);和
12,13-二-(3-甲基丁酰基)-6,7-环氧-4,5,9,12,13,20-六羟基-1-巴豆萜烯-3-酮(化合物21);
或其盐。
15.根据权利要求1-14任一项所述的方法,其中包含革兰氏阴性菌的生物膜包含选自以下的至少一种革兰氏阴性菌:假单胞菌属(Pseudomonas)的种、不动杆菌属(Acinetobacter)的种、气单胞菌属(Aeromonas)的种、拟杆菌属(Bacteroides)的种、博德特氏菌属(Bordetella)的种、疏螺旋体属(Borrelia)的种、伯克霍尔德属(Burkholderia)的种、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)的种、弯曲杆菌属(Compylobacter)的种、埃希氏菌属(Escherichia)的种、肠杆菌属(Enterobacter)的种、黄杆菌属(Flavobacterium)的种、梭菌属(Fusobacterium)的种、克雷伯菌属(Klebsiella)的种、钩端螺旋体菌属(Leptospira)的种、奈瑟氏菌属(Neisseria)的种、螺杆菌属(Helicobacter)的种、嗜血杆菌属(Hemophilus)的种、军团菌属(Legionella)的种、莫拉氏菌属(Moraxella)的种、耶尔森氏菌属(Yersinia)的种、寡源杆菌属(Oligella)的种、泛菌属(Pantoea)的种、卟啉单胞菌属(Porphyromonas)的种、普氏菌属(Prevotella)的种、变形杆菌属(Proteus)的种、劳特氏菌属(Raoutella)的种、沙门氏菌属(Salmonella)的种、沙雷氏菌属(Serratia)的种、志贺氏菌属(Shigella)的种、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的种、寡养单胞菌属(Stenotophomonas)的种、密螺旋体菌属(Treponema)的种、韦荣球菌属(Veillonella)的种和弧菌属(Vibrio)的种。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述革兰氏阴性菌选自铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、淋病奈瑟氏菌(Neisseriagonorrhoeae)、脑膜炎奈瑟氏菌(Neisseria meningitidis)、流感嗜血杆菌(Hemophilusinfluenzae)、嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersiniapestis)、小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersinia enterocolitica)、肠沙门氏菌(Salmonellaenterica)、邦戈尔沙门氏菌(Salmonella bongori)、奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)、阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、坏死梭菌(Fusobacterium necrophorum)、洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacian)和中间普氏菌(Prevotella intermedia)。
17.一种治疗包含含有革兰氏阴性菌的生物膜的细菌感染的方法,所述方法包括将式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物或其药学上可接受的盐局部施用于细菌感染灶:
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、–C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、–OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基。
18.根据权利要求17所述的方法,其中局部施用为表面施用。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法,其中所述感染是手术后感染或医疗装置插入部位或植入物植入部位的感染。
20.根据权利要求17-19任一项所述的方法,其中所述细菌感染为慢性感染。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的方法,其中所述施用与所述革兰氏阴性菌在浮游状态时易感的抗生素组合。
22.一种防止包含革兰氏阴性菌的生物膜在医疗装置上形成或分散医疗装置上的包含革兰氏阴性菌的生物膜的方法,所述方法包括将式(I)的环氧巴豆萜烯酮化合物或其药学上可接受的盐应用于所述医疗装置:式(I)的所述化合物包括
其中
R1选自氢和C1-6烷基;
R2选自-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R3选自-OH、-OC1-8烷基、-OC2-8烯基、-OC2-8炔基、-OC(O)C1-7烷基、-OC(O)C2-7烯基和-OC(O)C2-7炔基;
R4和R5独立地选自氢和C1-6烷基;
R6选自氢、-C1-6烷基、-C2-6烯基、-C2-6炔基、-C(O)C1-6烷基、-C(O)C2-6烯基、-C(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基,-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-C(O)芳基、-C(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-OC(O)C2-6炔芳基;
R7选自羟基、-OC1-6烷基、-OC2-6烯基、-OC2-6炔基、-OC(O)C1-6烷基、OC(O)C2-6烯基、-OC(O)C2-6炔基、-C(O)C3-8环烷基、-C(O)C1-6烷基C3-8环烷基、-C(O)C2-6烯基C3-8环烷基、-C(O)C2-6炔基C3-8环烷基、-OC(O)芳基、-OC(O)C1-6烷芳基、-C(O)C2-6烯芳基和-C(O)C2-6炔芳基;
R8选自氢和C1-6烷基。
23.根据权利要求22所述的方法,其中所述医疗装置是手术器械、导管或医疗植入物。
24.根据权利要求22和23任一项所述的方法,其中所述医疗装置是导管。
25.根据权利要求23所述的方法,其中所述医疗装置是牙科植入物。
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